冲击点火反应过程中RDX基PBX炸药的热辐射特性

研究冲击波流场中聚合物黏结炸药的热辐射特性可能是获取相关物质组分温度数据的重要途径。利用二级轻气炮加载技术、瞬态辐射测温方法及粒子速度剖面测量技术,探讨了聚合物黏结炸药/氟化锂窗口界面的热辐射特性及其与界面压力之间的相关性;同时,还优化了聚合物黏结炸药样品制备方法,显著抑制了包裹气体和界面间隙发光背景,给出了界面辐亮度数据及界面温度数据。结果表明,在连续2次冲击加载过程中,界面温度随时间衰减特征与反应产物的等熵膨胀行为密切相关,界面温度反映了界面处产物温度的演化行为,为直接观测点火反应和起爆释能期间非均质复合炸药的反应产物温度数据提供了一种可行的技术途径。

基于近零介电常数材料的热辐射调控研究进展

热辐射调控基于热辐射特性和物质相互作用实现对热辐射强度、频谱分布和方向的调控,在能量转化、传感等领域具有广泛的科学研究价值。传统热辐射材料受限于材料本身辐射吸收特性而无法实现按需设计及可控热辐射性能。近零介电常数(ENZ)材料因其特定波长附近介电常数近零而具有低折射率、强色散和电场增强等独特电磁响应特性,在调控热辐射方面具有巨大潜力。本文介绍了不同红外波段的ENZ材料分类以及ENZ材料电场增强机理,并围绕研究工作重点论述了近几年基于ENZ材料的宽带、定向、动态及可见兼容红外热辐射调控器的结构设计及最新进展,最后总结了基于ENZ材料的热辐射调控器目前所面临的挑战并展望了其未来发展方向。

定向热辐射研究进展

热辐射是一种基本的物理过程,指温度高于绝对零度的物体由于粒子的热运动自发地发射电磁能量。大多数热辐射体缺乏方向性,导致能量在不必要的方向上损失,从而降低热器件和应用的效率。在实际应用中,通常需要热辐射器在不同方向上表现出不同的热辐射能力,因此,在高效热传输中,控制热发射的方向性至关重要。定向热辐射的研究对于热成像和传感、辐射冷却、红外加密和能源利用等领域具有重要意义。本文首先阐述了传统热辐射与定向热辐射的区别,以及后者在科学前沿的潜在价值。随后,基于热辐射的特性,从窄带定向热辐射和宽带定向热辐射两个方面系统整理了国内外学者在定向热辐射方面的研究进展。最后,展望了该领域未来的研究趋势,剖析了其面临的重大挑战,旨在为定向热辐射技术的进一步发展提供理论指导与实践启示。

航天器热辐射器MMOD击穿泄漏特性分析及验证

针对空间站等长寿命载人航天器热辐射器在舱外受微流星体和空间碎片(MMOD)击穿后工质泄漏导致的热控系统失效风险问题,文章对热辐射器被击穿后漏孔的泄漏特性进行了分析,建立了数学计算模型,计算得到了漏孔孔径与泄漏容积速率关系。通过试验,验证了数学模型的准确性,结果表明:当泄漏孔径≤3 mm时,泄漏数学模型能够很好的预测泄漏的速率、压力等特性。可以为应用流体回路热辐射器进行热量排散的低轨航天器设计提供参考。

高架火炬掺氢燃烧热辐射模拟研究

目的天然气掺氢后燃烧特性会发生改变,因此,有必要对掺氢天然气热放空过程进行研究,以确定掺氢输送条件下原有高架火炬适用的工况条件,从而确保天然气管输系统在掺氢输送时的安全。方法结合掺氢燃烧实验和CFD数值模拟,研究掺氢(摩尔分数0~20%)天然气进行扩散燃烧时燃烧特性及热辐射半径变化情况,揭示掺氢对燃烧热辐射半径的影响机理,明确API STD 521—2014《泄压和减压系统》中热辐射半径解析模型可用于掺氢天然气的计算。结果在等体积流量下,掺氢减小了热释放量从而减短了火焰长度,而在侧风作用下的火焰倾斜角几乎不变,因此缩小了热辐射半径;在等质量流量下,掺氢增加了热释放量从而增长了火焰长度,而火焰倾斜角变大,使得热辐射半径变化极小。同时,风速增大会导致热辐射半径扩大。结论在安全热辐射半径不变的前提下,按体积流量计算,掺氢条件下最多可提高19%~23%体积流量的放空量,火炬系统的排放效率有所提高;按质量流量计算,掺氢条件下高架火炬的质量流量放空量与掺氢前相比几乎保持不变。

热辐射综合教学实验平台设计

本文设计了一个用于热辐射相关研究的综合性教学实验平台,可以研究常见材料的热辐射特性,验证斯蒂芬玻尔兹曼定律、辐射反平方定律、兰贝特余弦定律和基尔霍夫定律等热辐射基本定律。该实验平台具有功能多、精度高、成本低、操作简单等优势,实现了实验过程的自动控制和对实验数据的自动采集,并借助计算机技术进行数据处理,实现数据的可视化,使得实验结果更加直观。该实验平台可以用于大学物理实验和创新设计性实验教学。

壁面热辐射对车内温度场影响的分析

高原地区空气稀薄,空气导热和对流换热降低,而辐射换热增强.文中通过数值模拟的方法研究了中国高原地区夏季条件下汽车壁面热辐射对整车温度场的影响.应用整体求解法从瞬态和稳态两种角度讨论了车内热辐射对温度场的影响并与平原情况作对比.结果表明在高原地区,考虑壁面辐射的车内空气整体平均温度比不考虑壁面辐射的低8.93 K,稳态时车身的总传热量中的辐射传热占比为41.16%,前玻璃的辐射传热的占比为23.59%,后玻璃的占比为35.94%,发动机罩的为29.91%,椅子为61.96%.因此,在高原地区,固体壁面的辐射换热是一种重要换热形式,不可被忽略.

超材料光谱选择性热辐射实验研究

热辐射是物理实验研究的一个重要方面。基于金属-介质-金属“三明治”式微纳米结构,制作了一种超材料光谱选择性窄带热辐射源。测量结果表明,该辐射源能够将热辐射能量集中在9.03μm波长附近,峰值发射率高达98.0%,发射带宽仅为1.58μm。实验还展示了这种热辐射源峰值辐射波长的灵活调控特性。

航天器可展开式热辐射器的设计方法与应用研究

受限于运载火箭的包络尺寸,航天器体装式辐射器的散热面积有限,为进一步提高大功率航天器的系统级散热能力,提出了基于单相流体回路的可展开式热辐射器的热控方案。建立热辐射器的热分析模型,通过肋参数选取、红外辐射影响分析、工质选用对比等方法,完成可展开式热辐射器的设计优化,提高辐射器的散热效率及散热能力,为可展开式热辐射器的在轨首飞应用奠定基础。结果表明,在地球同步轨道航天器的恶劣外热流条件下,单幅辐射器的散热能力可达254 W/m^(2)以上,采用多幅可展开式热辐射器的方法,可有效解决航天器散热能力不足的问题。

“一境到底”在地理教学中的“热辐射”与“冷思考”

情境教学一直是地理教育界探讨的热点话题。随着高中地理课程标准对情境教学的不断深入,其研究热度不断上升且近几年出现了诸如“一境到底”“一案到底”等的情境教学的高阶运用,以“热辐射”的方式源源不断地向外传递能量,渗透于地理课程与教学研究的理论与实践层面。

用于皮肤病激光治疗的脉冲光热辐射模型

针对皮肤病激光治疗过程中生物组织内部温度分布与形态测量困难、医生凭借经验选取治疗参数导致疗效不佳等问题,建立了利用脉冲光热辐射法(PPTR)重建皮肤结构,并智能化选取激光参数开展辅助治疗的理论模型。采用基于自定义截断参数选取方法的截断奇异值分解法、基于L曲线法选取正则化参数的Tikhonov正则化法和给定迭代次数的共轭梯度法这3种逆算法进行仿真计算,建立误差评估函数,分析对比了不同表皮层厚度、患病层厚度及深度的重建效果,同时制作皮肤仿体进行离体实验,并以此为依据开展了鲜红斑痣临床治疗的应用研究。结果表明:3种逆算法的综合性能评价指数由高到低依次为0.066、0.082、0.126,验证了其在鲜红斑痣血管层常见深度范围内的重建效果均能保持较高精度;体外实验结果和临床应用验证了所提出的PPTR模型可用于求解表皮、病变层等组织的温升分布、厚度、位置等信息,且重建结果的精度能够满足治疗需求。该模型及研究结果可为激光治疗过程中参数的选取提供定量化指导。

基于合成维度拓扑外尔点的波长选择热辐射超构表面

黑体辐射通常具有覆盖整个红外波长范围的宽带光谱,导致红外波段的大部分能量不能有效利用,降低了辐射效率.近年来,具有二维亚波长人工纳米结构的超构表面因其在调节光学特性方面的灵活性而得到广泛研究,这为调控热辐射提供了一个理想的平台.在超构表面中,采用合成维度方法为热辐射的精细调控开辟了新路径,尤其突显了超越传统三维体系的物理特性和丰富的拓扑物理.相比于在三维系统中探索物理现象,研究一维或二维系统更为可行和高效.合成维度的方法通过引入系统的结构或物理参数,为操控光子系统中的内在自由度提供了可能性.本文研究了利用合成维度方法实现波长选择热辐射.首先在超晶格模型中构建合成拓扑外尔点,通过角分辨热辐射谱(ARTES)对合成外尔锥进行实验表征,在实现了合理的波长选择热辐射的同时能够尽可能地抑制其他波长的辐射,对于实际的红外应用,如热光伏和热管理装置,是必不可少的.

强爆炸火球热辐射尺度效应理论和数值研究

针对火球热辐射双脉冲极值特征问题,基于辐射流体热传导近似模型,理论推导了表征尺度效应的相似参数来界定热辐射极值特征的适用域。选取火球特征尺度和辐射自由程特征尺度差异较大的2类典型问题来验证尺度效应相似参数的有效性,并采用高精度Euler辐射流体计算程序来模拟火球热辐射对尺度效应相似参数的依赖性。理论和数值模拟结果表明:尺度效应相似参数能较好地描述不同条件下的火球热辐射演化规律,并可扩展到实验分析中;仅依靠爆炸高度来表征火球演化中的尺度效应存在一定局限性。

热辐射触发锂离子电池热失效行为及其射流热特性

实验研究了辐射加热器非接触式触发动力锂离子电池热失效过程中的温度特性、质量损失、产热行为变化等特性及其空间射流温度与热流分布特性。以50 Ah的Li(Ni_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2))O_(2)电池为对象,基于锂离子电池燃烧实验平台进行。结果表明:电池热失控实验过程中发生了2次喷发现象,电池表面最高温度为489.2℃;最高温升速率为27.7 K·s^(-1);最大质量损失速率为32.7 g·s^(-1);电池本体总产热量为1.05 MJ;环境最高温度为705.3℃;烟气总释放热为6.56 MJ·m^(-2);射流空间环境最高温度比电池表面最高温度高。这表明,高温高速的易燃气体会加剧热失控危害的风险。本结果有助于电池失效初期预警、热失控抑制、火灾风险控制。

热传导模型中热辐射系数反问题的条件稳定性

热传导模型中热辐射系数是表征热传导过程的一个重要指标,它描述热通量在介质中的传播情况.基于末时刻的温度分布,提出热传导模型中热辐射系数反问题,并在弱解意义下,讨论反问题的条件稳定性估计.

热辐射不对称条件下室内热环境的数值模拟

建筑内围护结构的热辐射不对称可能引起的室内温湿度分布异常,严重时甚至导致热舒适区的偏移。为精确预测热辐射不对称条件下室内热环境的变化特征,以海信空调公司的青岛厂区的环境实验室为研究对象,严格按照实验室的尺寸、布置进行全尺寸建模,并且保留了空调器内部的流动和换热结构,从而保证模拟结果的精度。为了兼顾流动和传热问题过程中高雷诺转捩流和远场低雷诺流动,采用了SST k-ω湍流模型;采用多孔介质模型模拟空调器内部换热器;采用Coupled算法来实现快速迭代计算。为了验证模拟的精确度,进行了相同边界条件下的试验测量,获得实验室内210个测点的温度值和4个高度上的相对湿度,并计算得到室内气流的均匀度、垂直温差等关键参数。结果表明,空调送风量的模拟值与实测值的相对误差为7%,98%温度测点的相对误差在±5%以内。研究表明,通过全尺寸数值模拟可以得到精度较高的室内温度分布的模拟结果,精确预测非对称热辐射条件下室内热环境。

静止颗粒群热辐射吸收性能的蒙特卡罗法二维数值研究

在粒子式太阳能接收器中吸热效率与出口温度难以兼顾,而颗粒群热辐射吸收性能决定其热效率及升温上限,基于蒙特卡罗法建立了外部平行辐射投射下的静止颗粒群辐射传递模型,探究颗粒群几何构型、颗粒粒径、颗粒辐射物性、辐照条件等因素对热辐射传输的影响。结果表明:颗粒群吸热时间与粒径、空间构型无关;但与体积分数成正比,且随外部辐射强度或颗粒表面吸收率的增大而缩短。对给定颗粒群,平衡温度主要依赖于外部辐射强度;总体吸收率主要取决于颗粒表面吸收率。给定空间构型下,二者均与颗粒粒径正相关,且随体积分数的增大具有相似的变化规律。不同空间构型下,颗粒体积分数的增大均在强化吸收外部辐射的同时增大了自发辐射的逸出。现有构型中,棋盘交错型、扇型与随机型下的总体吸收率随体积分数的增大有峰值存在。扇型与随机型达到最高平衡温度和效率所需的颗粒浓度最小。根据计算结果提出了颗粒群总体吸收率经验关联式,其中有82.9%的计算结果与定义式计算值相对误差小于15%。该研究结果可为运动颗粒群辐射传递的计算、粒子式太阳能吸收器的设计提供参考。

次高压天然气管道喷射火形态及热辐射试验研究

若天然气管道泄漏,与外部火源接触可能导致形成喷射火,对附近的工作人员和设备带来巨大风险。因此,深入研究天然气管道中喷射火焰的燃烧行为显得尤为关键。选取尺寸分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mm的6种孔径,压力分别为0.5、0.8、1.0、1.2、1.5 MPa,进行不同工况下的天然气管道喷射火试验。结果表明:当天然气燃烧达到稳定时,随着喷射压力和喷嘴口径的增大,火焰高度和热辐射逐渐升高;在孔径为3.0 mm时,火焰最长达到4.32 m,泄漏孔水平位置1.0 m处热辐射最大达到552 W/m^(2);当孔径在1.5 mm、压力为1.2 MPa时,火焰开始出现抬升现象,随着压力和孔径的增大,抬升现象更加明显。当泄漏孔径在3.0 mm、压力为1.5 MPa时,最大抬升到0.4 m。试验结果为处置天然气管道泄漏喷射火提供了数据依据。

非互易热辐射研究综述

非互易热辐射是一种突破传统基尔霍夫定律对称互易性的辐射传热新方式,它打破了物体光谱定向发射率与光谱定向吸收率必须相等的限制,实现了辐射器光谱、角度发射率和吸收率在时间和空间上的独立控制。本文综述了非互易热辐射在理论计算、实验验证和应用方面的研究进展,从基尔霍夫定律与洛伦兹互易性之间的内在联系出发,阐述了非互易热辐射产生的必要条件,以磁光材料In As和外尔半金属两种典型材料为例探讨了如何构建非对称结构和利用外部场调控,产生多波段、多角度的非互易热辐射,并应用于太阳能电池、热光伏系统等领域,成功突破了热辐射的黑体极限并在理论上达到朗斯堡极限,提升了能源的转换效率。未来非互易热辐射有望为能源有效利用和节能减排提供有力的支持,推动前沿材料研究和技术创新,为可持续发展注入新的动力和活力。

屏蔽罩开启过程冷冻靶热辐射屏蔽方案研究

在激光惯性约束核聚变的点火过程中,低温屏蔽罩的移除会使大量外界环境辐射进入冷冻靶,燃料靶丸温度场的变化直接影响燃料冰层的质量。针对六端直柱腔冷冻靶展开数值模拟研究,建立了多层热辐射屏蔽结构的三维全要素模型,基于Boussinesq假设和离散坐标辐射模型,研究了低温屏蔽罩的开启速度及不同热辐射屏蔽结构等因素对靶丸温度场特性的影响。结果表明:增大低温屏蔽罩的开启速度,会加快靶丸表面温度上升的速度,并缩短最大温差峰值出现的时间和温度场的稳定时间;采用辐射屏蔽片结构优于二级冷屏,能有效减少外界高温辐射热冲击的影响,可以使低温屏蔽罩开启后靶丸表面的温升降低44.3%,最大温差的峰值降低45.2%,温度场稳定所需的时间减少5.3%;提高屏蔽片的表面发射率,缩小屏蔽片与硅臂间的距离可以进一步降低屏蔽罩开启过程中靶丸表面的温升和温度场均匀性的恶化程度。研究结果可为冷冻靶固定式热辐射屏蔽结构方案的选择以及低温屏蔽罩开启过程靶丸表面温度场的控制提供理论指导。